JP7389278B2 - Battery diagnostic device, battery pack, battery system and battery diagnostic method - Google Patents

Battery diagnostic device, battery pack, battery system and battery diagnostic method Download PDF

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Description

本発明は、バッテリーセルの異常を検出するための技術に関する。 The present invention relates to a technique for detecting an abnormality in a battery cell.

本出願は、2020年8月3日出願の韓国特許出願第10-2020-0096786号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。 This application claims priority based on Korean Patent Application No. 10-2020-0096786 filed on August 3, 2020, and all contents disclosed in the specification and drawings of the corresponding application are incorporated into this application. .

最近、ノートブックPC、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急増し、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれ、反復的な充放電の可能な高性能バッテリーについての研究が活発に進行しつつある。 Recently, the demand for portable electronic products such as notebook PCs, video cameras, mobile phones, etc. has rapidly increased, and as the development of electric vehicles, energy storage batteries, robots, satellites, etc. Research into high-performance batteries that are capable of

現在、商用化したバッテリーとしては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウムバッテリーなどがあり、このうち、リチウムバッテリーは、ニッケル系のバッテリーに比べてメモリー効果がほとんど起こらず、充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。 Currently, commercially available batteries include nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-zinc batteries, and lithium batteries. Among these, lithium batteries have almost no memory effect compared to nickel-based batteries, and they charge and discharge easily. It is attracting attention because of its advantages of free self-discharge, extremely low self-discharge rate, and high energy density.

最近、高電圧が要求されるアプリケーションが広く普及されるにつれ、バッテリーパック内に複数のバッテリーセルを直列に接続した構造が広く用いられている。バッテリーパックに含まれたバッテリーセルの個数が多くなるほど、バッテリーセルの異常が発生する可能性も高くなる。そこで、バッテリーセルの異常を正確に検出できる診断技術の必要性が増大しつつある。 Recently, as applications requiring high voltage have become widespread, a structure in which a plurality of battery cells are connected in series within a battery pack has become widely used. The greater the number of battery cells included in a battery pack, the greater the possibility that battery cell abnormalities will occur. Therefore, the need for diagnostic technology that can accurately detect abnormalities in battery cells is increasing.

従来には、バッテリーセルの状態に関わる複数のパラメーターを含むセル情報(例えば、電圧、電流、温度)をモニターし、バッテリーセルの使用状態(例えば、充電、放電、休止)とモニターされたセル情報に基づいてバッテリーセルの異常有無を検出する方式を用いている。 Conventionally, cell information including multiple parameters related to the state of battery cells (e.g., voltage, current, temperature) is monitored, and the usage state of the battery cell (e.g., charging, discharging, resting) and the monitored cell information are monitored. A method is used to detect whether there is an abnormality in the battery cell based on the following.

しかし、上記のような異常検出方式は、バッテリー管理システムが多様なセンサーを用いてバッテリーセルのセル情報をモニターする過程が必須であるため、異常検出に必要な演算量が過度になり、長い時間がかかる。特に、バッテリー管理システムの電源がバッテリーセルから供給される構造では、異常検出のためのバッテリー管理システムの動作中にバッテリーセルの電気エネルギーが持続的に消耗する恐れがある。 However, the above abnormality detection method requires a process in which the battery management system monitors the cell information of the battery cells using various sensors, so the amount of calculation required for abnormality detection becomes excessive and takes a long time. It takes. In particular, in a structure in which the battery management system is supplied with power from a battery cell, the electrical energy of the battery cell may be continuously consumed during the operation of the battery management system for abnormality detection.

また、従来には、バッテリーセルのセル情報が短期間に急激に変化することに基づいてバッテリーセルの異常を検出していた。しかし、異常のバッテリーセルのセル情報は、必ずしも短期間に急激に変化することではなく、長期間にかけて徐々に変化することもあるため、バッテリーセルの異常を適正な時点で検出できない恐れがある。 Furthermore, conventionally, abnormality in a battery cell has been detected based on a sudden change in cell information of the battery cell over a short period of time. However, the cell information of an abnormal battery cell does not necessarily change rapidly in a short period of time, but may change gradually over a long period of time, so there is a possibility that an abnormality in a battery cell cannot be detected at an appropriate time.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、直列に接続された複数のバッテリーセルの各々のセル電圧を異常検出のための単一のパラメーターとして用いるバッテリー診断デバイス、バッテリーパック、バッテリーシステム及びバッテリー診断方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a battery diagnostic device, a battery pack, and a battery that use the cell voltage of each of a plurality of battery cells connected in series as a single parameter for abnormality detection. The purpose is to provide a system and battery diagnosis method.

また、本発明は、同じ期間で観測された複数のバッテリーセルの各々のセル電圧の電圧履歴(時系列)を示す複数の観測電圧ベクトルを含むデータセットである観測行列を生成した後、観測行列に対する分析結果に基づいて各バッテリーセルのセル電圧の非正常の挙動を識別してバッテリーセルの異常を検出するバッテリー診断デバイス、バッテリーパック、バッテリーシステム及びバッテリー診断方法を提供することを他の目的とする。 Further, the present invention generates an observation matrix, which is a data set including a plurality of observation voltage vectors indicating the voltage history (time series) of cell voltages of each of a plurality of battery cells observed in the same period, and then generates an observation matrix. Another object of the present invention is to provide a battery diagnostic device, a battery pack, a battery system, and a battery diagnostic method for detecting battery cell abnormalities by identifying abnormal behavior of the cell voltage of each battery cell based on analysis results. do.

本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに理解されるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。 Other objects and advantages of the present invention can be understood from the following description and will be more clearly understood from the embodiments of the invention. Further, the objects and advantages of the present invention can be realized by means and combinations thereof shown in the claims.

本発明の一面によるバッテリー診断デバイスは、複数のバッテリーセル各々のセル電圧の時系列を示す複数の観測電圧ベクトルを含む観測行列を保存するように構成されるメモリーと、前記観測行列から、複数の主成分ベクトル、複数の特異値及び複数の係数ベクトルを決定するように構成される制御部と、を含む。各係数ベクトルは、前記複数の観測電圧ベクトルに一対一に対応する複数の係数を含む。前記制御部は、各係数ベクトルに対して、当該係数ベクトルに含まれた複数の係数を比較して、前記複数の係数のうち非有効係数を決定し、前記複数の主成分ベクトルのうち当該係数ベクトルに対応する主成分ベクトル、前記複数の特異値のうち当該係数ベクトルに対応する特異値及び前記非有効係数に基づき、前記複数のバッテリーセルのうち前記非有効係数に対応するバッテリーセルの異常を検出するように構成される。 A battery diagnostic device according to one aspect of the present invention includes a memory configured to store an observation matrix including a plurality of observed voltage vectors indicating a time series of cell voltages of each of a plurality of battery cells; a controller configured to determine a principal component vector, a plurality of singular values, and a plurality of coefficient vectors. Each coefficient vector includes a plurality of coefficients that correspond one-to-one to the plurality of observed voltage vectors. For each coefficient vector, the control unit compares a plurality of coefficients included in the coefficient vector, determines an ineffective coefficient among the plurality of coefficients, and determines an ineffective coefficient among the plurality of principal component vectors. Based on the principal component vector corresponding to the vector, the singular value corresponding to the coefficient vector among the plurality of singular values, and the ineffective coefficient, detect an abnormality in the battery cell corresponding to the ineffective coefficient among the plurality of battery cells. configured to detect.

前記制御部は、前記観測行列に行列分解アルゴリズムを適用し、第1サブ行列、第2サブ行列及び第3サブ行列を決定するように構成され得る。前記第1サブ行列は、前記複数の主成分ベクトルを列ベクトルとして含む。前記第2サブ行列は、前記複数の特異値を主対角成分として含む。前記第3サブ行列は、前記複数の係数ベクトルを行ベクトルとして含む。 The control unit may be configured to apply a matrix decomposition algorithm to the observation matrix and determine a first sub-matrix, a second sub-matrix, and a third sub-matrix. The first sub-matrix includes the plurality of principal component vectors as column vectors. The second sub-matrix includes the plurality of singular values as main diagonal components. The third sub-matrix includes the plurality of coefficient vectors as row vectors.

前記制御部は、前記複数の係数のうち、前記複数の係数の平均との差の絶対値が第1基準値よりも大きい係数を前記非有効係数に決定するように構成され得る。 The control unit may be configured to determine, among the plurality of coefficients, a coefficient whose absolute value of a difference from an average of the plurality of coefficients is larger than a first reference value as the ineffective coefficient.

前記制御部は、前記複数の係数の標準偏差に第1スケーリングファクターを掛けた値と同一に前記第1基準値を決定するように構成され得る。 The control unit may be configured to determine the first reference value to be equal to a value obtained by multiplying a standard deviation of the plurality of coefficients by a first scaling factor.

前記制御部は、各係数ベクトルに対して、前記複数の主成分ベクトルのうち当該係数ベクトルに対応する主成分ベクトル、前記複数の特異値のうち当該係数ベクトルに対応する特異値及び前記非有効係数を掛け、前記複数の観測電圧ベクトルのうち前記非有効係数に対応する観測電圧ベクトルの部分電圧ベクトルを抽出し、前記部分電圧ベクトルの電圧特性値が第2基準値よりも大きい場合、前記複数のバッテリーセルのうち前記非有効係数に対応するバッテリーセルを異常として検出するように構成され得る。 The control unit controls, for each coefficient vector, a principal component vector corresponding to the coefficient vector among the plurality of principal component vectors, a singular value corresponding to the coefficient vector among the plurality of singular values, and the ineffective coefficient. and extracts a partial voltage vector of the observed voltage vector corresponding to the ineffective coefficient among the plurality of observed voltage vectors. The battery cell may be configured to detect a battery cell corresponding to the ineffective coefficient among the battery cells as abnormal.

前記制御部は、前記部分電圧ベクトルに含まれた複数の部分電圧のうち最大部分電圧と最小部分電圧との差と同一に前記電圧特性値を決定するように構成され得る。 The control unit may be configured to determine the voltage characteristic value equal to a difference between a maximum partial voltage and a minimum partial voltage among a plurality of partial voltages included in the partial voltage vector.

前記制御部は、電圧測定回路の電圧分解能に第2スケーリングファクターを掛けた値と同一に前記第2基準値を決定するように構成され得る。 The control unit may be configured to determine the second reference value to be equal to a value obtained by multiplying the voltage resolution of the voltage measurement circuit by a second scaling factor.

前記制御部は、前記複数の特異値のうち最小特異値に対する最大特異値の割合が設定値未満である場合、フォールトメッセージを出力するように構成され得る。 The control unit may be configured to output a fault message when a ratio of a maximum singular value to a minimum singular value among the plurality of singular values is less than a set value.

本発明の他面によるバッテリーパックは、前記バッテリー診断デバイスを含む。 A battery pack according to another aspect of the present invention includes the battery diagnostic device.

本発明のさらに他面によるバッテリーシステムは、前記バッテリーパックを含む。 A battery system according to yet another aspect of the present invention includes the battery pack.

本発明のさらに他面によるバッテリー診断方法は、複数のバッテリーセルの各々のセル電圧の時系列を示す複数の観測電圧ベクトルを含む観測行列から、複数の主成分ベクトル、複数の特異値及び複数の係数ベクトルを決定する段階を含む。各係数ベクトルは、前記複数の観測電圧ベクトルに一対一に対応する複数の係数を含む。前記バッテリー診断方法は、各係数ベクトルに対し、当該係数ベクトルに含まれた複数の係数を比較して、前記複数の係数のうち非有効係数を決定する段階と、前記複数の主成分ベクトルのうち当該係数ベクトルに対応する主成分ベクトル、前記複数の特異値のうち当該係数ベクトルに対応する特異値及び前記非有効係数に基づき、前記複数のバッテリーセルのうち前記非有効係数に対応するバッテリーセルの異常を検出する段階と、をさらに含む。 A battery diagnosis method according to still another aspect of the present invention provides a battery diagnosis method in which a plurality of principal component vectors, a plurality of singular values, and a plurality of including determining a coefficient vector. Each coefficient vector includes a plurality of coefficients that correspond one-to-one to the plurality of observed voltage vectors. The battery diagnosis method includes, for each coefficient vector, comparing a plurality of coefficients included in the coefficient vector to determine an ineffective coefficient among the plurality of coefficients; Based on the principal component vector corresponding to the coefficient vector, the singular value corresponding to the coefficient vector among the plurality of singular values, and the ineffective coefficient, calculate the battery cell corresponding to the ineffective coefficient among the plurality of battery cells. The method further includes detecting an anomaly.

前記複数の係数のうち非有効係数を決定する段階は、前記複数の係数のうち、前記複数の係数の平均との差の絶対値が第1基準値よりも大きい係数を前記非有効係数に決定する段階であり得る。 The step of determining an ineffective coefficient among the plurality of coefficients includes determining, among the plurality of coefficients, a coefficient whose absolute value of the difference from the average of the plurality of coefficients is larger than a first reference value as the ineffective coefficient. It may be at the stage of

前記複数のバッテリーセルのうち前記非有効係数に対応するバッテリーセルの異常を検出する段階は、前記複数の主成分ベクトルのうち当該係数ベクトルに対応する主成分ベクトル、前記複数の特異値のうち当該係数ベクトルに対応する特異値及び前記非有効係数を掛け、前記複数の観測電圧ベクトルのうち前記非有効係数に対応する観測電圧ベクトルの部分電圧ベクトルを抽出する段階と、前記部分電圧ベクトルの電圧特性値が第2基準値よりも大きい場合、前記複数のバッテリーセルのうち前記非有効係数に対応するバッテリーセルを異常として検出する段階と、を含み得る。 The step of detecting an abnormality in a battery cell corresponding to the ineffective coefficient among the plurality of battery cells includes detecting a principal component vector corresponding to the coefficient vector among the plurality of principal component vectors and a corresponding one among the plurality of singular values. multiplying a coefficient vector by a corresponding singular value and the non-effective coefficient to extract a partial voltage vector of the observed voltage vector corresponding to the non-effective coefficient among the plurality of observed voltage vectors; and voltage characteristics of the partial voltage vector. The method may include detecting a battery cell corresponding to the ineffectiveness coefficient among the plurality of battery cells as abnormal if the value is larger than a second reference value.

本発明の実施例の少なくとも一つによると、直列に接続された複数のバッテリーセルの各々の異常を検出することにおいて、電流や温度を除いたセル電圧のみを用いることで、異常検出に必要な演算量、時間及び電力を低減することができる。 According to at least one embodiment of the present invention, in detecting an abnormality in each of a plurality of battery cells connected in series, only the cell voltage excluding current and temperature is used, which is necessary for abnormality detection. The amount of calculation, time and power can be reduced.

また、本発明の実施例の少なくとも一つによると、同一期間で観測された複数のバッテリーセルの各々のセル電圧の電圧履歴(時系列)を示す複数の観測電圧ベクトルを含むデータセットである観測行列を生成した後、観測行列に対する分析結果に基づいて各バッテリーセルのセル電圧の非正常の挙動を識別することで、バッテリーセルに対する異常検出の正確性を向上させることができる。 Further, according to at least one embodiment of the present invention, the observation is a data set including a plurality of observed voltage vectors indicating the voltage history (time series) of each cell voltage of a plurality of battery cells observed in the same period. After the matrix is generated, abnormal behavior of the cell voltage of each battery cell is identified based on the analysis result of the observed matrix, thereby improving the accuracy of abnormality detection for the battery cells.

本発明の効果は上述した効果に制限されず、言及されていない本発明の他の効果は請求範囲の記載から当業者により明らかに理解されるだろう。 The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects of the present invention not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。 The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention serve to further understand the technical idea of the invention, The interpretation shall not be limited to only the matters shown in the drawings.

本発明によるバッテリーシステムの構成を示した図である。1 is a diagram showing the configuration of a battery system according to the present invention. バッテリーセルのセル電圧の経時変化を示したグラフである。It is a graph showing a change in cell voltage of a battery cell over time. 図2に示したバッテリーセルの電圧履歴を示すデータセットとしての観測行列を説明するための図である。3 is a diagram for explaining an observation matrix as a data set showing the voltage history of the battery cell shown in FIG. 2. FIG. 係数ベクトルを示したグラフである。It is a graph showing a coefficient vector. 非有効係数と部分電圧ベクトルとの関係を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between an ineffective coefficient and a partial voltage vector. 本発明の第1実施例によるバッテリー診断方法を示したフローチャートである。1 is a flowchart illustrating a battery diagnosis method according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施例によるバッテリー診断方法を示したフローチャートである。7 is a flowchart illustrating a battery diagnosis method according to a second embodiment of the present invention.

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms and words used in this specification and claims should not be interpreted to be limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors themselves have expressed their intention to explain the invention in the best way possible. Therefore, the meaning and concept of the term should be interpreted in accordance with the technical idea of the present invention, based on the principle that the concept of the term can be appropriately defined.

したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。 Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most desirable embodiments of the present invention, and do not represent the entire technical idea of the present invention. It is to be understood that there may be various equivalents and modifications that may be substituted for these at the time of filing.

第1、第2などのように序数を含む用語は、多様な構成要素のうちいずれか一つを残りと区別する目的として使用され、このような用語によって構成要素が限定されることではない。 Terms including ordinal numbers, such as first, second, etc., are used to distinguish one of the various components from the rest, and the components are not limited by these terms.

なお、明細書の全体にかけて、ある部分が、ある構成要素を「含む」とするとき、これは特に反する記載がない限り、他の構成要素を除くことではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。また、明細書に記載の「制御部」のような用語は、少なくとも一つの機能や動作を処理する単位を示し、これはハードウェアやソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの結合せにより具現され得る。 Furthermore, throughout the specification, when a certain part is said to "include" a certain component, unless there is a statement to the contrary, this does not mean that other components are excluded, but it may further include other components. It means that. Furthermore, terms such as "control unit" described in the specification indicate a unit that processes at least one function or operation, and this may be realized by hardware, software, or a combination of hardware and software. .

さらに、明細書の全体に亘って、ある部分が他の部分と「連結(接続)」されているとするとき、これは、「直接的に連結(接続)」されている場合のみならず、その中間に他の素子を介して「間接的に連結(接続)」されている場合も含む。 Furthermore, throughout the specification, when a certain part is "connected (connected)" to another part, this does not only mean that it is "directly connected (connected)"; This also includes cases in which they are "indirectly connected (connected)" through other elements in between.

図1は、本発明によるバッテリーシステムの構成を示した図である。 FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a battery system according to the present invention.

図1には、エネルギー貯蔵システムがバッテリーシステム1の一例として示されている。図1を参照すると、バッテリーシステム1は、バッテリーパック10及びスイッチ20を含む。バッテリーシステム1は、遠隔コントローラ240及び電力変換システム30の少なくとも一つをさらに含み得る。バッテリーシステム1がエネルギー貯蔵システムに限定されず、電気車両またはバッテリー検査設備などのように、それに備えられたバッテリーパック10に対する充電機能及び/または放電機能を備えるものであれば、如何なる形態でも差し支えない。 An energy storage system is shown in FIG. 1 as an example of a battery system 1 . Referring to FIG. 1, a battery system 1 includes a battery pack 10 and a switch 20. The battery system 1 may further include at least one of a remote controller 240 and a power conversion system 30. The battery system 1 is not limited to an energy storage system, and may take any form as long as it has a charging function and/or a discharging function for the battery pack 10 installed therein, such as an electric vehicle or battery inspection equipment. .

バッテリーパック10は、正極端子P+、負極端子P-、セルグループ11及びバッテリー管理システム100を含む。セルグループ11は、正極端子P+と負極端子P-との間に電気的に接続される複数のバッテリーセルBC~BC(nは、2以上の自然数である。)を含む。図1には、複数のバッテリーセルBC~BCがセルグループ11内で直列接続されたことに示されている。以下では、複数のバッテリーセルBC~BCについて共通する内容を説明するに際し、参照符号「BC」をバッテリーセルとして指称する。 The battery pack 10 includes a positive terminal P+, a negative terminal P-, a cell group 11, and a battery management system 100. Cell group 11 includes a plurality of battery cells BC 1 to BC n (n is a natural number of 2 or more) electrically connected between positive terminal P+ and negative terminal P-. In FIG. 1, a plurality of battery cells BC 1 to BC n are shown connected in series within a cell group 11. As shown in FIG. Hereinafter, when describing common contents for a plurality of battery cells BC 1 to BC n , reference numeral "BC" will be used as a battery cell.

バッテリーセルBCの正極端子及び負極端子は、バスバーなどのような伝導体を介して他のバッテリーセルBCに電気的に接続される。バッテリーセルBCは、リチウムイオンバッテリーセルであり得る。勿論、反復的な充放電が可能なものであれば、バッテリーセルBCの種類は、特に限定されない。 A positive terminal and a negative terminal of a battery cell BC are electrically connected to other battery cells BC via a conductor such as a bus bar. Battery cell BC may be a lithium ion battery cell. Of course, the type of battery cell BC is not particularly limited as long as it can be repeatedly charged and discharged.

スイッチ20は、バッテリーパック10のための電力ラインPLに設けられる。スイッチ20がオンされている間、バッテリーパック10と電力変換システム30のいずれか一つから他の一つへの電力伝達が可能である。スイッチ20は、リレー、電界効果トランジスタ (FET:Field Effect Transistor)などのような公知のスイチングデバイスのいずれか一つまたは二つ以上を組み合わせることで具現され得る。 A switch 20 is provided on the power line PL for the battery pack 10. While the switch 20 is turned on, power can be transferred from one of the battery pack 10 and the power conversion system 30 to the other. The switch 20 may be implemented using any one or a combination of two or more known switching devices such as a relay, a field effect transistor (FET), and the like.

電力変換システム(power conversion system)30は、バッテリー管理システム100及び遠隔コントローラ240のいずれか一つに動作可能に結合する。二つの構成が動作可能に結合するということは、単方向または双方向へ信号を送受信可能に二つの構成が直接的・間接的に接続されていることを意味する。電力変換システム30は、電気系統40によって供給される交流電力からセルグループ11の充電のための直流電力を生成し得る。電力変換システム30は、バッテリーパック10からの直流電力から交流電力を生成し得る。 A power conversion system 30 is operably coupled to one of the battery management system 100 and the remote controller 240. When two structures are operably coupled, it means that the two structures are directly or indirectly connected so that they can transmit and receive signals in either one or both directions. Power conversion system 30 may generate DC power for charging cell group 11 from AC power supplied by electrical system 40 . Power conversion system 30 may generate alternating current power from direct current power from battery pack 10.

バッテリー管理システム100は、電圧測定回路110及びバッテリーコントローラ140を含み得る。バッテリー管理システム100は、電流センサー120、温度センサー130及びインターフェース部150のうち少なくとも一つをさらに含み得る。インターフェース部150は、バッテリーコントローラ140に含まれ得る。 Battery management system 100 may include voltage measurement circuit 110 and battery controller 140. The battery management system 100 may further include at least one of a current sensor 120, a temperature sensor 130, and an interface unit 150. The interface unit 150 may be included in the battery controller 140.

電圧測定回路110は、バッテリーセルBCの正極端子及び負極端子に電気的に接続可能に提供される。電圧測定回路110は、バッテリーセルBCの両端にかかった電圧であるセル電圧を測定し、測定されたセル電圧を示す信号をバッテリーコントローラ140に出力し得る。 The voltage measurement circuit 110 is provided so as to be electrically connectable to a positive terminal and a negative terminal of the battery cell BC. Voltage measurement circuit 110 may measure a cell voltage, which is the voltage applied across battery cell BC, and output a signal indicating the measured cell voltage to battery controller 140.

電流センサー120は、電力ラインPLによってセルグループ11に電気的に直列に接続される。例えば、シャント抵抗やホール素子などが電流センサー120として用いられ得る。電流センサー120は、セルグループ11を通して流れる電流を測定し、測定された電流を示す信号をバッテリーコントローラ140に出力し得る。 Current sensor 120 is electrically connected in series to cell group 11 by power line PL. For example, a shunt resistor, a Hall element, or the like can be used as the current sensor 120. Current sensor 120 may measure the current flowing through cell group 11 and output a signal to battery controller 140 indicative of the measured current.

温度センサー130は、セルグループ11から所定の距離内の領域に配置される。例えば、熱電対などが温度センサー130として用いられ得る。温度センサー130は、セルグループ11の温度を測定し、測定された温度を示す信号をバッテリーコントローラ140に出力し得る。 Temperature sensor 130 is placed in an area within a predetermined distance from cell group 11 . For example, a thermocouple or the like may be used as the temperature sensor 130. Temperature sensor 130 may measure the temperature of cell group 11 and output a signal indicative of the measured temperature to battery controller 140.

バッテリーコントローラ140は、電圧測定回路110、電流センサー120、温度センサー130及び/またはインターフェース部150に動作可能に結合する。バッテリーコントローラ140及び遠隔コントローラ240の少なくとも一つは、セルグループ11に対する診断結果によってスイッチ20をオンオフ制御し得る。 Battery controller 140 is operably coupled to voltage measurement circuit 110, current sensor 120, temperature sensor 130, and/or interface unit 150. At least one of the battery controller 140 and the remote controller 240 may turn on/off the switch 20 according to the diagnosis result for the cell group 11 .

インターフェース部150は、バッテリーシステム1の遠隔コントローラ240と通信可能に結合し得る。インターフェース部150は、遠隔コントローラ240からの信号をバッテリーコントローラ140に伝送し、バッテリーコントローラ140からの信号を遠隔コントローラ240に伝送し得る。バッテリーコントローラ140からの信号は、バッテリーセルBCの異常を通知するための情報を含み得る。インターフェース部150と遠隔コントローラ240との間の通信には、例えば、LAN(local area network)、CAN(controller area network)、デージチェーンのような有線ネットワーク及び/またはブルートゥース(登録商標)、ジグビー、Wi-Fi(登録商標)などの近距離無線ネットワークが活用され得る。インターフェース部150は、バッテリーコントローラ140及び/または遠隔コントローラ240から受信された情報を使用者が認識可能な形態で提供する出力デバイス(例えば、ディスプレイ、スピーカー)を含み得る。遠隔コントローラ240は、バッテリー管理システム100との通信によって収集されるセル情報(例えば、バッテリーセルBCのセル電圧、電流、温度、SOC、異常)に基づいて、バッテリーパック10、スイッチ20及び電力変換システム30のうち少なくとも一つを制御し得る。 The interface unit 150 may be communicatively coupled to the remote controller 240 of the battery system 1 . The interface unit 150 may transmit signals from the remote controller 240 to the battery controller 140 and transmit signals from the battery controller 140 to the remote controller 240. The signal from battery controller 140 may include information for notifying an abnormality in battery cell BC. Communication between the interface unit 150 and the remote controller 240 may be performed using, for example, a LAN (local area network), a CAN (controller area network), a wired network such as a daisy chain, and/or Bluetooth (registered trademark), ZigBee, or Wi-Fi. - Short-range wireless networks such as Fi® may be utilized. The interface unit 150 may include an output device (eg, a display, a speaker) that provides information received from the battery controller 140 and/or the remote controller 240 in a user-perceivable form. The remote controller 240 controls the battery pack 10, the switch 20, and the power conversion system based on cell information (for example, cell voltage, current, temperature, SOC, abnormality of the battery cell BC) collected through communication with the battery management system 100. At least one of 30 can be controlled.

バッテリーコントローラ140は、メモリー141及び制御部142を含む。遠隔コントローラ240は、メモリー241及び制御部242を含み得る。遠隔コントローラ240は、通信回路243をさらに含み得る。遠隔コントローラ240は、クラウドサーバーまたは移動式診断装備の形態で具現され得る。通信回路243は、バッテリー管理システム100との有無線通信のためのものである。 Battery controller 140 includes memory 141 and control section 142. Remote controller 240 may include memory 241 and control unit 242 . Remote controller 240 may further include communication circuitry 243. Remote controller 240 may be implemented in the form of a cloud server or mobile diagnostic equipment. The communication circuit 243 is for wired/wireless communication with the battery management system 100.

制御部142及び制御部242は各々、ハードウェア的に、ASIC、DSP(digital signal processor,デジタルシグナルプロセッサ)、DSPD(digital signal processing device,デジタル信号処理デバイス)、PLD(programmable logic device,プログラマブルロジックデバイス)、FPGA(field programmable gate array,フィールドプログラマブルゲートアレイ)、マイクロプロセッサ(microprocessor)、その他の機能遂行のための電気的ユニットの少なくとも一つを用いて具現され得る。 The control unit 142 and the control unit 242 each include an ASIC, a DSP (digital signal processor), a DSPD (digital signal processing device), and a PLD (programmable locomotive device) in terms of hardware. gic device, programmable logic device ), a field programmable gate array (FPGA), a microprocessor, and other electrical units for performing functions.

メモリー141及びメモリー241のうち少なくとも一つには、後述する実施例によるバッテリー診断方法(診断段階)を実行するのに必要なプログラム及び各種データが予め保存され得る。メモリー141及びメモリー241は各々、例えば、フラッシュメモリー(登録商標)タイプ(flash memory type)、ハードディスクタイプ(hard disk type)、SSDタイプ(Solid State Disk type,ソリッドステートディスクタイプ)、SDDタイプ(Silicon Disk Drive type,シリコンディスクドライブタイプ)、マルチメディアカードマイクロタイプ(multimedia card micro type)、RAM(random access memory,ランダムアクセスメモリー)、SRAM(static random access memory,スタティックランダムアクセスメモリー)、ROM(read‐only memory,リードオンリーメモリー)、EEPROM(electrically erasable programmable read‐only memory,エレクトリカリーイレーサブルプログラマブルリードオンリーメモリー)、PROM(programmable read‐only memory,プログラマブルリードオンリーメモリー)の少なくとも一つのタイプの保存媒体を含み得る。メモリー141及びメモリー241の少なくとも一つは、後述する診断段階(図2~図6)を実行してバッテリーBCの異常検出に必要なデータとアルゴリズムが記録され得る。メモリー141と制御部142は、単一のチップの形態で集積化され得る。メモリー241と制御部242は、単一のチップの形態で集積化され得る。 At least one of the memory 141 and the memory 241 may store programs and various data necessary for executing a battery diagnosis method (diagnosis stage) according to an embodiment described later. The memory 141 and the memory 241 are each of, for example, a flash memory (registered trademark) type, a hard disk type, an SSD type (Solid State Disk type), or an SDD type (Silicon Disk type). Drive type, silicon disk drive type), multimedia card micro type, RAM (random access memory), SRAM (static random access memory), ROM (read-only) memory, read-only memory), EEPROM (electrically erasable programmable read-only memory), PROM (programmable read-only memory) y, programmable read-only memory). obtain. At least one of the memory 141 and the memory 241 may store data and algorithms necessary for detecting an abnormality in the battery BC by performing a diagnostic step (FIGS. 2 to 6), which will be described later. The memory 141 and the control unit 142 may be integrated in the form of a single chip. The memory 241 and the control unit 242 may be integrated in the form of a single chip.

バッテリーコントローラ140は、本発明によるバッテリー診断デバイスの一例で、遠隔コントローラ240は本発明によるバッテリー診断デバイスの他の例である。即ち、図2~図7を参照して後述する診断段階は、バッテリー診断デバイスとして提供されるバッテリーコントローラ140及び遠隔コントローラ240のうち少なくとも一つによって実行される。 Battery controller 140 is one example of a battery diagnostic device according to the present invention, and remote controller 240 is another example of a battery diagnostic device according to the present invention. That is, the diagnostic steps described below with reference to FIGS. 2 to 7 are performed by at least one of the battery controller 140 and the remote controller 240, which are provided as battery diagnostic devices.

本発明によるバッテリー診断デバイスは、複数のバッテリーセルBC~BCの異常を検出するための診断段階(図6及び図7参照)を実行し得る。診断段階は、セルグループ11が所定の診断可能状態(例えば、休止、定電流充電、定電圧充電、定電流放電)に維持される特定期間(例えば、過去の一定時間)に取得された電圧データ(図2のX~X参照)に基づき得る。以下では、バッテリーコントローラ140がバッテリー診断デバイスとして提供されたことに仮定して説明する。 The battery diagnostic device according to the present invention may perform a diagnostic step (see FIGS. 6 and 7) to detect abnormalities in a plurality of battery cells BC 1 to BC n . The diagnosis stage includes voltage data acquired during a specific period (for example, a certain period of time in the past) during which the cell group 11 is maintained in a predetermined diagnosable state (for example, rest, constant current charging, constant voltage charging, constant current discharging). (See X 1 to X n in FIG. 2). The following description will be made assuming that the battery controller 140 is provided as a battery diagnostic device.

図2は、バッテリーセルのセル電圧の経時変化を示したグラフであり、図3は、図2に示したバッテリーセルの電圧履歴を示すデータセットとしての例示的な観測行列を説明するための図である。 FIG. 2 is a graph showing changes over time in the cell voltage of a battery cell, and FIG. 3 is a diagram for explaining an exemplary observation matrix as a data set showing the voltage history of the battery cell shown in FIG. It is.

制御部142は、電圧測定回路110からの電圧信号に基づき、設定時間毎に、複数のバッテリーセルBC~BCの各々のセル電圧の電圧値を決定し、決定された電圧値をメモリー141に記録し得る。設定時間は、後述する異常検出のための周期の時間の長さと同一であり得る。 The control unit 142 determines the voltage value of each cell voltage of the plurality of battery cells BC 1 to BC n at each set time based on the voltage signal from the voltage measurement circuit 110, and stores the determined voltage value in the memory 141. can be recorded. The set time may be the same as the length of a cycle for abnormality detection, which will be described later.

制御部142は、過去の一定時間の間の特定期間Δtに対する複数の観測電圧ベクトルX~Xを含む観測行列Xを決定する。観測行列Xの決定にはムービングウィンドウ200が用いられ得る。一例で、複数の観測電圧ベクトルX~Xは、ムービングウィンドウ200内で設定時間毎に測定された複数のバッテリーセルBC~BCの各々のセル電圧の経時変化を示す。ムービングウィンドウ200は、設定時間毎に設定時間だけ移動しながら複数の観測電圧ベクトルX~Xが取得される期間Δtを決定するのに用いられる。ムービングウィンドウ200のサイズΔtは予め決定されるか、または制御部142によって調節可能である。 The control unit 142 determines an observation matrix X that includes a plurality of observed voltage vectors X 1 to X n for a specific period Δt during a certain period of time in the past. A moving window 200 may be used to determine the observation matrix X. In one example, the plurality of observed voltage vectors X 1 to X n indicate changes over time in the cell voltages of each of the plurality of battery cells BC 1 to BC n measured at each set time within the moving window 200. The moving window 200 is used to determine a period Δt during which a plurality of observed voltage vectors X 1 to X n are acquired while moving by a set time every set time. The size Δt of the moving window 200 may be predetermined or may be adjusted by the controller 142.

バッテリーセルBCのセル電圧は、電圧測定回路110によって時系列的に複数回(例えば、総m回、mは2以上の自然数である。)測定され、セル電圧の測定値は、制御部142によってメモリー141に記録され得る。例えば、ムービングウィンドウ200のサイズ=200秒、設定時間=1秒である場合、m=200であることから、バッテリーセルBCのセル電圧は、ムービングウィンドウ200内で200回測定される。 The cell voltage of the battery cell BC is measured multiple times in time series by the voltage measurement circuit 110 (for example, m times in total, where m is a natural number of 2 or more), and the measured value of the cell voltage is measured by the control unit 142. It can be recorded in memory 141. For example, when the size of the moving window 200 = 200 seconds and the set time = 1 second, since m = 200, the cell voltage of the battery cell BC is measured 200 times within the moving window 200.

図2を参照すると、カーブ210は、複数のバッテリーセルBC~BCのうち第kバッテリーセルBCのセル電圧の経時変化を示す。異常状態は、セル電圧の非正常の挙動を誘発する状態、例えば、内部短絡(internal short circuit)などであり得る。図2のtとtは各々、特定期間Δtの開始時点と終了時点であり、tは、特定期間Δt内で時間インデックスiに対応する時点である。第kバッテリーセルBCにおいて、kはn以下の自然数であって、複数のバッテリーセルBC~BCを区別するのに用いられるセルインデックスを示し得る。 Referring to FIG. 2, a curve 210 shows a change over time in the cell voltage of the k-th battery cell BC k among the plurality of battery cells BC 1 to BC n . The abnormal condition may be a condition that induces abnormal behavior of the cell voltage, such as an internal short circuit. t 1 and t m in FIG. 2 are the start and end times of the specific period Δt, respectively, and t i is the time corresponding to the time index i within the specific period Δt. In the k-th battery cell BC k , k is a natural number less than or equal to n, and may represent a cell index used to distinguish among the plurality of battery cells BC 1 to BC n .

以下では、第kバッテリーセルBCを基準にして、本発明による異常検出動作を説明する。第kバッテリーセルBCについての説明は、複数のバッテリーセルBC~BCの残りのバッテリーセルBCにも共通に適用可能である。 Hereinafter, the abnormality detection operation according to the present invention will be described with reference to the k-th battery cell BC k . The explanation regarding the k-th battery cell BC k is also commonly applicable to the remaining battery cells BC of the plurality of battery cells BC 1 to BC n .

図3を参照すると、観測行列Xは、m個の行及びn個の列を含むm×n行列である。以下では、説明の便宜のために、mはnより大きい自然数であり、iは1以上m以下の自然数、jは1以上n以下の自然数、kはn未満の自然数と仮定する。 Referring to FIG. 3, the observation matrix X is an m×n matrix including m rows and n columns. In the following, for convenience of explanation, it is assumed that m is a natural number greater than n, i is a natural number from 1 to m, j is a natural number from 1 to n, and k is a natural number less than n.

観測行列Xのn個の列ベクトルは、複数の観測電圧ベクトルX~Xに一対一に対応し得る。即ち、複数の観測電圧ベクトルX~Xは各々、観測行列Xの列ベクトルであって、m個の元素(セル電圧の測定値)を含む。第k観測電圧ベクトルXは、m回測定された第kバッテリーセルBCのセル電圧を時間順序に整列したもの、即ち、第kバッテリーセルBCのセル電圧の測定値x1k~xmkの時系列(集合)である。第k観測電圧ベクトルXは、観測行列Xのk番目の列ベクトルであり得る。図2を参照すると、観測行列Xおいて、「xik」は、特定期間Δt内で総m回測定された第kバッテリーセルBCのセル電圧のうち、i番目に測定されたセル電圧を示す元素(「データ」または「成分」と称し得る)である。 The n column vectors of the observation matrix X can correspond one-to-one to the plurality of observation voltage vectors X 1 to X n . That is, each of the plurality of observation voltage vectors X 1 to X n is a column vector of the observation matrix X, and includes m elements (measured values of cell voltage). The k-th observed voltage vector X k is the cell voltage of the k-th battery cell BC k measured m times arranged in time order, that is, the measured cell voltage of the k-th battery cell BC k x 1k to x mk is a time series (set) of The k-th observed voltage vector X k may be the k-th column vector of the observation matrix X. Referring to FIG . 2, in the observation matrix elements (which may be referred to as "data" or "components").

制御部142は、観測行列Xに行列分解(matrix decomposition)を適用して、観測行列Xから、第1サブ行列A、第2サブ行列B及び第3サブ行列Cを抽出し得る。即ち、観測行列Xは、第1サブ行列A、第2サブ行列B及び第3サブ行列Cに分解され得る。行列分解に活用されるアルゴリズムとしては、例えば、特異値分解(Singular Value Decomposition;SVD)、主成分分析(Principal Component Analysis;PCA)などを用い得る。本明細書で、行列の右側に上付き文字で記載した記号「T」は、転置行列を意味する。図示したように、第1サブ行列Aと、第2サブ行列Bと、第3サブ行列Cとの積は、観測行列Xと同一である。 The control unit 142 may apply matrix decomposition to the observation matrix X to extract the first sub-matrix A, the second sub-matrix B, and the third sub-matrix C T from the observation matrix X. That is, the observation matrix X can be decomposed into a first sub-matrix A, a second sub-matrix B, and a third sub-matrix CT . Examples of algorithms used for matrix decomposition include singular value decomposition (SVD) and principal component analysis (PCA). In this specification, the symbol "T" written in a superscript on the right side of a matrix means a transposed matrix. As shown, the product of the first sub-matrix A, the second sub-matrix B, and the third sub-matrix CT is the same as the observation matrix X.

第1サブ行列Aは、m×m行列である。第2サブ行列Bは、m×n行列である。第3サブ行列Cはn×n行列である。 The first sub-matrix A is an m×m matrix. The second sub-matrix B is an m×n matrix. The third sub-matrix CT is an n×n matrix.

第1サブ行列Aは、直交行列(orthogonal matrix)であて、複数の主成分ベクトルA~Aを含む。複数の主成分ベクトルA~Aの各主成分ベクトルは、「左特異ベクトル(left singular vector)」と称し得る。各主成分ベクトルはm個の元素を含み、第1サブ行列Aの列ベクトルであり得る。即ち、第1サブ行列Aは、下記のように表される。
A=[A…A
Ai=[a1i2i…ami
The first sub-matrix A is an orthogonal matrix and includes a plurality of principal component vectors A 1 to A m . Each principal component vector of the plurality of principal component vectors A 1 -A m may be referred to as a "left singular vector." Each principal component vector includes m elements and may be a column vector of the first sub-matrix A. That is, the first sub-matrix A is expressed as follows.
A=[A 1 A 2 ...A m ]
Ai=[a 1i a 2i ... ami ] T

複数の主成分ベクトルA~Aのうち主成分ベクトルA~Aは、観測行列Xの分散情報を示す。第j主成分ベクトルAは、観測行列Xの元素の分散がj番目に大きく示される軸の方向に対応する。即ち、観測行列Xの元素を複数の主成分ベクトルA~Aの各々の軸に1回ずつマッピングしたとき、第j主成分ベクトルAの軸に対する観測行列Xの元素の分散がj番目に大きい。 Among the plurality of principal component vectors A 1 to A m , principal component vectors A 1 to A n indicate dispersion information of the observation matrix X. The j-th principal component vector A j corresponds to the direction of the axis where the variance of the elements of the observation matrix X is the j-th largest. That is, when the elements of the observation matrix X are mapped once on each axis of the plurality of principal component vectors A 1 to A big.

第j主成分ベクトルAの分散の大きさが大きいほど、第j主成分ベクトルAが観測行列Xの元素の分布状態に対する説明力が大きいということを意味する。第j主成分ベクトルAの説明力が大きいほど、第j主成分ベクトルAがムービングウィンドウ200内における複数のバッテリーセルBC~BCの共通する電圧挙動特性(例えば、正常の電圧挙動の趨勢)についての情報を多く保有するようになる。逆に、第j主成分ベクトルAの分散の大きさが小さいほど、第j主成分ベクトルAの説明力が弱化、即ち、第j主成分ベクトルAがノイズ性特性(例えば、異常状態)についての情報を多く保有するようになる。 The larger the magnitude of the variance of the j-th principal component vector A j , the greater the explanatory power of the j-th principal component vector A j for the distribution state of the elements of the observation matrix X. The greater the explanatory power of the j-th principal component vector A j is, the more the j-th principal component vector A j has common voltage behavior characteristics (for example, normal voltage behavior) of a plurality of battery cells BC 1 to BC n within the moving window 200. (trends). Conversely, the smaller the magnitude of the variance of the j-th principal component vector A j , the weaker the explanatory power of the j-th principal component vector A j becomes . ).

第2サブ行列Bは、対角行列(diagonal matrix)であって、複数の特異値b11~bnnを主対角線の元素として含む。即ち、第2サブ行列Bは、下記のように表される。
B=[B…B
=[b1j 2j…bmj
i≠jの場合、bijは0である。bjjはj番目の特異値である。
The second sub-matrix B is a diagonal matrix and includes a plurality of singular values b 11 to b nn as elements on the main diagonal. That is, the second sub-matrix B is expressed as follows.
B=[B 1 B 2 ...B n ]
B j = [b 1j b 2j ... b mj ] T
If i≠j, b ij is 0. b jj is the j-th singular value.

即ち、第2サブ行列Bの総m×n個の元素のうち主対角線のn個の元素b11~bnnを除いた残りの元素は全て0である。これによって、複数の主成分ベクトルA~Aのうち主成分ベクトルAn+1は、観測ベクトルXの分散情報の説明において不必要(redundant)である。 That is, among the total m×n elements of the second sub-matrix B, all the remaining elements except for n elements b 11 to b nn on the main diagonal are 0. Accordingly, principal component vectors A n+1 to m among the plurality of principal component vectors A 1 to A m are redundant in explaining the dispersion information of the observation vector X.

複数の特異値b11~bnnは、下記の関係を満たし得る。
11≧b22≧…≧bnn≧0
The plurality of singular values b 11 to b nn can satisfy the following relationship.
b 11 ≧b 22 ≧…≧b nn ≧0

複数の特異値b11~bnnは、大きさが大きい順に第1~第n特異値として称し、bjjは、複数の特異値b11~bnnのうちj番目に大きい特異値であり得る。 The plurality of singular values b 11 to b nn are referred to as the first to nth singular values in descending order of magnitude, and b jj may be the jth largest singular value among the plurality of singular values b 11 to b nn . .

複数の特異値b11~bnnは、複数の主成分ベクトルA~Aの説明力情報を示す。第2サブ行列Bの特異値bjjは、第j主成分ベクトルAの説明力を示す。 The plurality of singular values b 11 to b nn indicate explanatory power information of the plurality of principal component vectors A 1 to A n . The singular value b jj of the second sub-matrix B indicates the explanatory power of the j-th principal component vector A j .

第3サブ行列Cは直交行列であって、複数の係数ベクトルC ~C を含む。複数の係数ベクトルC ~C の各係数ベクトルは、「右特異ベクトル(right singular vector)」と称し得る。各係数ベクトルは、n個の成分を含み、第3サブ行列Cの行ベクトルであり得る。第3サブ行列Cは、下記のように表される。
=[C… C=[C ;C ;…;C
=[cj1j2… cjn
The third sub-matrix C T is an orthogonal matrix and includes a plurality of coefficient vectors C 1 T to C n T. Each coefficient vector of the plurality of coefficient vectors C 1 T -C n T may be referred to as a "right singular vector." Each coefficient vector includes n components and may be a row vector of the third sub-matrix CT . The third sub-matrix C T is expressed as follows.
C T = [C 1 C 2 ... C n ] T = [C 1 T ; C 2 T ;...; C n T ]
C j T = [c j1 c j2 ... c jn ]

複数の係数ベクトルC ~C は、複数の主成分ベクトルA~Aに対する複数の観測電圧ベクトルX~Xの依存度情報を示す。具体的には、複数の観測電圧ベクトルX~Xの各々が第j主成分ベクトルAによってどのぐらい大きく影響を受けるかは、第j係数ベクトルC によって決定される。第j係数ベクトルC は、第1~第n観測電圧ベクトルX~Xに一対一に対応する複数の係数cj1~cjnを含む。例えば、第j係数ベクトルC のcjkは、第k観測電圧ベクトルXに対する第j主成分ベクトルAの影響力を示す。 The plurality of coefficient vectors C 1 T to C n T indicate dependence information of the plurality of observed voltage vectors X 1 to X n on the plurality of principal component vectors A 1 to A n . Specifically, how significantly each of the plurality of observed voltage vectors X 1 to X n is influenced by the j-th principal component vector A j is determined by the j-th coefficient vector C j T. The j-th coefficient vector C j T includes a plurality of coefficients c j1 to c jn that correspond one-to-one to the first to n-th observed voltage vectors X 1 to X n . For example, c jk of the j-th coefficient vector C j T indicates the influence of the j-th principal component vector A j on the k-th observed voltage vector X k .

第1~第n主成分ベクトルA~A、第1~第n特異値b11~bnn及び第1~第n係数ベクトルC ~C は、互いに一対一に対応し得る。 The first to n-th principal component vectors A 1 to A n , the first to n-th singular values b 11 to b nn , and the first to n-th coefficient vectors C 1 T to C n T may have a one-to-one correspondence with each other. .

観測行列Xは、第1サブ行列A、第2サブ行列B及び第3サブ行列Cの積と同一であり、下記の数式1による関係を満たすことができる。 The observation matrix X is the same as the product of the first sub-matrix A, the second sub-matrix B, and the third sub-matrix CT , and can satisfy the relationship according to Equation 1 below.

Figure 0007389278000001
Figure 0007389278000001

数式1において、Aは(m×1)行列に取り扱われ、C は(1×n)行列に取り扱われる。 In Equation 1, A j is treated as a (m×1) matrix, and C j T is treated as a (1×n) matrix.

数式1を参照すると、第k観測電圧ベクトルXは、第1~第n主成分ベクトルA~Aに一対一に依存する第1~第n部分電圧ベクトルの和と同一であり、下記の数式2による関係を満たす。 Referring to Equation 1, the k - th observed voltage vector The relationship according to Formula 2 is satisfied.

Figure 0007389278000002
Figure 0007389278000002

数式2において、Ykj=(bjj×A×cjk)は、第k観測電圧ベクトルXの第j部分電圧ベクトルである。第k観測電圧ベクトルXの第j部分電圧ベクトルYkjは、第j主成分ベクトルAに依存する第k観測電圧ベクトルXの電圧成分であり、第j主成分ベクトルA、第j特異値bjj及び係数cjkの積と同一であり得る。即ち、第j部分電圧ベクトルYkjは、第1~第n主成分ベクトルA~Aのうち第j主成分ベクトルAのみを用いて、第k観測電圧ベクトルXを復元(近似化)した結果であり得る。これによって、第j部分電圧ベクトルYkjは、第k観測電圧ベクトルXのm個の元素に一対一に対応するm個の元素を有する。各部分電圧ベクトルの元素を「部分電圧(または近似電圧)」と称することがあり、部分電圧ベクトルを「復元電圧ベクトル」と称することがある。 In Equation 2, Y kj =(b jj ×A j ×c jk ) is the j-th partial voltage vector of the k-th observed voltage vector X k . The j-th partial voltage vector Y kj of the k-th observed voltage vector X k is a voltage component of the k-th observed voltage vector X k that depends on the j-th principal component vector A j , and It can be the same as the product of the singular value b jj and the coefficient c jk . That is, the j-th partial voltage vector Y kj restores (approximates) the k-th observed voltage vector X k using only the j-th principal component vector A j of the first to n-th principal component vectors A 1 to A n. ) may be the result. As a result, the j-th partial voltage vector Y kj has m elements that correspond one-to-one to the m elements of the k-th observed voltage vector X k . The elements of each partial voltage vector are sometimes referred to as "partial voltages (or approximate voltages)," and the partial voltage vectors are sometimes referred to as "restored voltage vectors."

制御部142は、第1~第n主成分ベクトルA~A、第1~第n特異値b11~bnn及び第1~第n係数ベクトルC ~C に基づいて第1~第nバッテリーセルBC~BCの異常を検出する前、第1~第n特異値b11~bnnのうち最小特異値bnnに対する最大特異値b11の割合を演算し得る。制御部142は、最小特異値bnnに対する最大特異値b11の割合が所定の設定割合(例えば、200%)未満である場合、バッテリーセルBCに対する異常検出が不可能であることを示すフォールトメッセージを出力し得る。異常検出が不可能であることは、複数の主成分ベクトルA~A間の説明力の差が明確ではない状況である。即ち、異常検出が不可能な状況では、複数の主成分ベクトルA~Aのいずれも複数のバッテリーセルBC~BCの共通する電圧挙動特性についての情報を充分に含んでいない。異常検出が不可能な原因は、例えば、電圧測定回路110の誤動作や、第1~第nバッテリーセルBC~BCのうち一定の割合(例えば、50%)を超過する個数のバッテリーセルBCに異常が発生したことであり得る。 The control unit 142 calculates the first to nth principal component vectors A 1 to A n , the first to nth singular values b 11 to b nn , and the first to nth coefficient vectors C 1 T to C n T. Before detecting abnormalities in the first to n-th battery cells BC 1 to BC n , the ratio of the maximum singular value b 11 to the minimum singular value b nn among the first to n-th singular values b 11 to b nn can be calculated. When the ratio of the maximum singular value b 11 to the minimum singular value b nn is less than a predetermined setting ratio (for example, 200%), the control unit 142 sends a fault message indicating that abnormality detection for the battery cell BC is impossible. can be output. Anomaly detection is impossible in a situation where the difference in explanatory power between the plurality of principal component vectors A 1 to A n is not clear. That is, in a situation where abnormality detection is impossible, none of the plurality of principal component vectors A 1 to A n includes sufficient information about the common voltage behavior characteristics of the plurality of battery cells BC 1 to BC n . The reason why abnormality detection is not possible is, for example, a malfunction of the voltage measurement circuit 110 or the number of battery cells BC exceeding a certain percentage (for example, 50%) of the first to nth battery cells BC 1 to BC n . This could be due to an abnormality occurring.

制御部142は、最小値bnnに対する最大値b11の割合が所定の設定割合未満である場合、次の周期にムービングウィンドウ200のサイズを所定時間だけ増加させ得る。ムービングウィンドウ200のサイズを増加させる理由は、複数のバッテリーセルBC~BCの共通する電圧挙動特性を観測ベクトルX内に充分に反映させるためである。 If the ratio of the maximum value b 11 to the minimum value b nn is less than a predetermined setting ratio, the control unit 142 may increase the size of the moving window 200 by a predetermined time in the next cycle. The reason for increasing the size of the moving window 200 is to sufficiently reflect the common voltage behavior characteristics of the plurality of battery cells BC 1 to BC n in the observation vector X.

図4は、係数ベクトルを示したグラフである。図4の横軸は、第j係数ベクトルC の各係数に対応するセルインデックスを示し、縦軸は、各係数の大きさを示す。例えば、セルインデックス=1は、第1バッテリーセルBCに対応する。 FIG. 4 is a graph showing coefficient vectors. The horizontal axis in FIG. 4 indicates the cell index corresponding to each coefficient of the j-th coefficient vector C j T , and the vertical axis indicates the size of each coefficient. For example, cell index=1 corresponds to the first battery cell BC1 .

制御部142は、第j係数ベクトルC に含まれた第1~第n係数cj1~cjnを比較して、第1~第n係数cj1~cjnのうち非有効係数が存在するか否かを決定する。第j係数ベクトルC の非有効係数は、当該非有効係数に対応する特定のバッテリーセルの電圧履歴に反映されている、第j主成分ベクトルAによる非正常の電圧挙動の程度を示す。非有効係数を除いた残りの係数は、有効係数といえる。 The control unit 142 compares the first to n-th coefficients c j1 to c jn included in the j-th coefficient vector C j T and determines whether an ineffective coefficient exists among the first to n-th coefficients c j1 to c jn. Decide whether or not to do so. The ineffective coefficient of the j-th coefficient vector C j T indicates the degree of abnormal voltage behavior due to the j-th principal component vector A j , which is reflected in the voltage history of a specific battery cell corresponding to the ineffective coefficient. . The remaining coefficients excluding the ineffective coefficients can be said to be effective coefficients.

図4を参照すると、制御部142は、第j係数ベクトルC に含まれた第1~第n係数cj1~cjnの平均cj_av及び標準偏差を決定し得る。制御部142は、第1~第n係数cj1~cjnの標準偏差に基づき、第1基準値Rj1を決定し得る。一例で、制御部142は、標準偏差と第1スケーリングファクターの積と同一に第1基準値Rj1を決定し得る。第1スケーリングファクターは、メモリー141に予め記録され得る。 Referring to FIG. 4, the control unit 142 may determine the average c j_av and standard deviation of the first to n-th coefficients c j1 to c jn included in the j-th coefficient vector C j T. The control unit 142 may determine the first reference value R j1 based on the standard deviation of the first to nth coefficients c j1 to c jn . For example, the controller 142 may determine the first reference value R j1 to be equal to the product of the standard deviation and the first scaling factor. The first scaling factor may be recorded in memory 141 in advance.

制御部142は第1~第n係数cj1~cjnのうち、平均cj_avとの差の絶対値が第1基準値Rj1より大きい各々の係数を第j係数ベクトルC の非有効係数に決定し得る。図4では、係数cjkが平均cj_avより小さく、さらに、第1基準値Rj1よりも小さく示されている。したがって、制御部142は、係数cjkを第j係数ベクトルC の非有効係数に決定し得る。 The control unit 142 selects each coefficient among the first to n-th coefficients c j1 to c jn for which the absolute value of the difference from the average c j_av is larger than the first reference value R j1 as an ineffective member of the j-th coefficient vector C j T. The coefficient can be determined. In FIG. 4, the coefficient c jk is shown to be smaller than the average c j_av and further smaller than the first reference value R j1 . Therefore, the control unit 142 may determine the coefficient c jk to be an ineffective coefficient of the j-th coefficient vector C j T.

図5は、非有効係数と部分電圧ベクトルとの関係を説明するための図である。図5は、図4の非有効係数cjkに対応する第k観測電圧ベクトルXの第j部分電圧ベクトルYkjを示したグラフである。第j部分電圧ベクトルYkjは、第k観測電圧ベクトルXと同様に、(m×1)行列である。図5の横軸は、ムービングウィンドウ200内の時間インデックスを示し、縦軸は、部分電圧を示す。 FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the ineffective coefficient and the partial voltage vector. FIG. 5 is a graph showing the j-th partial voltage vector Y kj of the k-th observed voltage vector X k corresponding to the ineffective coefficient c jk of FIG. The j-th partial voltage vector Y kj is an (m×1) matrix similarly to the k-th observed voltage vector X k . The horizontal axis in FIG. 5 indicates the time index within the moving window 200, and the vertical axis indicates the partial voltage.

図5を参照すると、制御部142は、部分電圧ベクトルYkjに含まれたm個の部分電圧に基づき、部分電圧ベクトルYkjの電圧特性値を決定し得る。電圧特性値は、第k観測電圧ベクトルXに対する部分電圧ベクトルYkjの影響力(占有度)を示すパラメーターであり得る。ムービングウィンドウ200内で、部分電圧ベクトルYkjが示す電圧変化の幅及び/または傾きが大きいということは、非有効係数cjkに関わる非正常の電圧挙動が第k観測電圧ベクトルX内に大きく反映されていることを意味し得る。一例で、制御部142は、部分電圧ベクトルYkjのm個の部分電圧中、最大部分電圧ykj_maxと最小部分電圧ykj_minとの差Δykjと同一に電圧特性値を決定し得る。または、制御部142は、最大部分電圧ykj_maxと最小部分電圧ykj_minとの傾きと同一に電圧特性値を決定し得る。 Referring to FIG. 5, the control unit 142 may determine the voltage characteristic value of the partial voltage vector Y kj based on m partial voltages included in the partial voltage vector Y kj . The voltage characteristic value may be a parameter indicating the influence (occupancy degree) of the partial voltage vector Y kj on the k-th observed voltage vector X k . The fact that the width and/or slope of the voltage change indicated by the partial voltage vector Ykj within the moving window 200 is large means that the abnormal voltage behavior related to the ineffective coefficient cjk is large within the k-th observed voltage vector Xk . It can mean that it is reflected. For example, the control unit 142 may determine the voltage characteristic value to be the same as the difference Δy kj between the maximum partial voltage y kj_max and the minimum partial voltage y kj_min among m partial voltages of the partial voltage vector Y kj . Alternatively, the control unit 142 may determine the voltage characteristic value to be the same as the slope of the maximum partial voltage y kj_max and the minimum partial voltage y kj_min .

制御部142は、部分電圧ベクトルYkjの電圧特性値が第2基準値より大きい場合、非有効係数cjkに対応する第kバッテリーセルBCを異常として検出し得る。制御部142は、電圧測定回路110の電圧分解能に基づいて第2基準値を決定し得る。一例で、制御部142は、電圧分解能と第2スケーリングファクターの積と同様に第2基準値を決定し得る。第2スケーリングファクターは、メモリーに予め記録され得る。または、第2基準値は、電圧分解能を考慮して、10.0mVなどに予め決められ得る。第2基準値は、電圧測定回路110によって測定されたセル電圧の測定誤差によって正常のバッテリーセルが異常として呉検出されることを防止するためのものである。もし、電圧特性値Δykjが第2基準値より大きい場合、第kバッテリーセルBCを異常として判定し得る。 If the voltage characteristic value of the partial voltage vector Y kj is greater than the second reference value, the control unit 142 may detect the k-th battery cell BC k corresponding to the ineffective coefficient c jk as abnormal. The control unit 142 may determine the second reference value based on the voltage resolution of the voltage measurement circuit 110. In one example, the controller 142 may determine the second reference value based on the product of the voltage resolution and the second scaling factor. The second scaling factor may be pre-recorded in memory. Alternatively, the second reference value may be predetermined to 10.0 mV, etc., taking voltage resolution into consideration. The second reference value is for preventing a normal battery cell from being detected as abnormal due to a measurement error in the cell voltage measured by the voltage measurement circuit 110. If the voltage characteristic value Δy kj is larger than the second reference value, the k-th battery cell BC k may be determined to be abnormal.

図6は、本発明の第1実施例によるバッテリー診断方法を示すフローチャートである。図6の方法は、設定時間毎に反復され得る。 FIG. 6 is a flowchart illustrating a battery diagnosis method according to the first embodiment of the present invention. The method of FIG. 6 may be repeated at set times.

図1~図6を参照すると、段階S610で、制御部142は、複数のバッテリーセルBC~BCに一対一に対応する複数の観測電圧ベクトルX~Xを含む観測行列Xを決定する。複数の観測電圧ベクトルX~Xは、ムービングウィンドウ200内で時系列的に複数回(m)測定された複数のバッテリーセルBC~BCの各々のセル電圧の時系列を示す。 Referring to FIGS . 1 to 6, in step S610, the control unit 142 determines an observation matrix do. The plurality of observed voltage vectors X 1 to X n indicate the time series of cell voltages of each of the plurality of battery cells BC 1 to BC n measured multiple times (m) in time series within the moving window 200.

段階S620で、制御部142は、観測行列Xから、複数の主成分ベクトルA~A、複数の特異値b11~bnn及び複数の係数ベクトルC ~C を決定する(数式1参照)。 In step S620, the control unit 142 determines a plurality of principal component vectors A 1 to A n , a plurality of singular values b 11 to b nn , and a plurality of coefficient vectors C 1 T to C n T from the observation matrix X ( (see formula 1).

段階S630~S670は、複数の係数ベクトルC ~C のうち少なくとも一つの係数ベクトルに対して1回ずつ行われ得る。一例で、段階S630~S670は、複数の特異値b11~bnnのうち大きさが小さい順に所定の個数の特異値に各々対応する所定の個数の係数ベクトルに対して行われ得る。他の例で、段階S630~S670は、複数の特異値b11~bnnの総合に対する割合が所定の値以下である各特異値に対応する係数ベクトルに対して行われ得る。 Steps S630 to S670 may be performed once for at least one coefficient vector among the plurality of coefficient vectors C 1 T to C n T. For example, steps S630 to S670 may be performed on a predetermined number of coefficient vectors that respectively correspond to a predetermined number of singular values in descending order of magnitude among the plurality of singular values b 11 to b nn . In another example, steps S630 to S670 may be performed on coefficient vectors corresponding to each singular value whose ratio of the plurality of singular values b 11 to b nn to the total is less than or equal to a predetermined value.

段階S630で、制御部142は、係数ベクトルC に対して、複数の係数cj1~cjnを比較して、第1基準値R を決定する。または、第1基準値Rj1は予め決定された定数であってもよく、この場合、段階S630は、省略可能である。 In step S630, the control unit 142 determines a first reference value R j 1 by comparing the plurality of coefficients c j1 to c jn with respect to the coefficient vector C j T. Alternatively, the first reference value R j1 may be a predetermined constant, in which case step S630 may be omitted.

段階S640で、制御部142は、複数の係数cj1~cjnのうち少なくとも一つが第1基準値Rj1より大きいか否かを判定する。段階S640の値が「いいえ」である場合、方法は終了する。段階S640の値が「はい」である場合、方法は段階S650へ進む。 In step S640, the control unit 142 determines whether at least one of the plurality of coefficients c j1 to c jn is greater than the first reference value R j1 . If the value of step S640 is "no", the method ends. If the value of step S640 is "yes", the method proceeds to step S650.

段階S650で、制御部142は、複数の係数cj1~cjnのうち、第1基準値Rj1より大きい係数cjkを係数ベクトルC の非有効係数に決定する。 In step S650, the control unit 142 determines a coefficient c jk larger than the first reference value R j1 among the plurality of coefficients c j1 to c jn as an ineffective coefficient of the coefficient vector C j T.

段階S660で、制御部142は、主成分ベクトルA、特異値bjj及び非有効係数cjkに基づき、非有効係数cjkに対応する観測電圧ベクトルXの部分電圧ベクトルYkjを抽出する(数式2参照)。 In step S660, the control unit 142 extracts a partial voltage vector Ykj of the observed voltage vector Xk corresponding to the ineffective coefficient cjk based on the principal component vector Aj , the singular value bjj , and the ineffective coefficient cjk . (See Equation 2).

段階S670で、制御部142は、部分電圧ベクトルYkjの電圧特性値Δykjを決定する。 In step S670, the controller 142 determines a voltage characteristic value Δy kj of the partial voltage vector Y kj .

段階S680で、制御部142は、電圧特性値Δykjが第2基準値より大きいか否かを判定する。段階S680の値が「いいえ」である場合、方法は終了する。段階S680の値が「はい」であることは、非有効係数cjkに対応するバッテリーセルBCが異常として検出されたことを示す。段階S680の値が「はい」である場合、方法は段階S690へ進む。 In step S680, the control unit 142 determines whether the voltage characteristic value Δy kj is greater than a second reference value. If the value of step S680 is "no", the method ends. If the value of step S680 is "yes", it indicates that the battery cell BC k corresponding to the ineffective coefficient c jk is detected as abnormal. If the value of step S680 is "yes", the method proceeds to step S690.

段階S690で、制御部142は、所定の保護動作を活性化する。一例で、制御部142は、スイッチ20をターンオフする。他の例で、制御部142は、異常として検出されたバッテリーセルBCの情報(例えば、セルインデックス)を示す診断メッセージを出力する。診断メッセージは、インターフェース部150を通じてバッテリーコントローラ140と遠隔コントローラ240との間で送受信され得る。インターフェース部150は、診断メッセージに対応する視覚的及び/または聴覚的情報を出力する。 In step S690, the controller 142 activates a predetermined protection operation. In one example, the controller 142 turns off the switch 20. In another example, the control unit 142 outputs a diagnostic message indicating information (eg, cell index) of the battery cell BC k detected as abnormal. Diagnostic messages may be transmitted and received between the battery controller 140 and the remote controller 240 through the interface unit 150. The interface unit 150 outputs visual and/or auditory information corresponding to the diagnostic message.

図7は、本発明の第2実施例によるバッテリー診断方法を示したフローチャートである。図7の方法は、設定時間毎に反復され得る。 FIG. 7 is a flowchart illustrating a battery diagnosis method according to a second embodiment of the present invention. The method of FIG. 7 may be repeated at set times.

図7の方法において、段階S710~段階S790は、図6の段階S610~段階S690と同一であるので、反復された説明は省略する。 In the method of FIG. 7, steps S710 to S790 are the same as steps S610 to S690 of FIG. 6, so repeated explanations will be omitted.

図7の方法は、段階S722及び段階S724をさらに含むという点で図6の方法と異なる。 The method of FIG. 7 differs from the method of FIG. 6 in that it further includes steps S722 and S724.

段階S722で、制御部142は、複数の特異値b11~bnnの最大の割合が設定の割合以上であるか否かを判定する。最大の割合は、複数の特異値b11~bnnのうち最小値bnnに対する最大値b11の割合である。段階S722の値が「いいえ」であることは、複数の主成分ベクトルA~Aのうち残りの主成分ベクトルより充分に大きい説明力を有する主成分ベクトルが存在しないことを意味する。段階S722の値が「いいえ」である場合、方法は、段階S724へ進む。段階S722の値が「はい」である場合、方法は、段階S730へ進む。 In step S722, the control unit 142 determines whether the maximum ratio of the plurality of singular values b 11 to b nn is greater than or equal to a set ratio. The maximum ratio is the ratio of the maximum value b 11 to the minimum value b nn among the plurality of singular values b 11 to b nn . A value of "No" in step S722 means that there is no principal component vector among the plurality of principal component vectors A 1 to A n that has sufficiently greater explanatory power than the remaining principal component vectors. If the value of step S722 is "no", the method proceeds to step S724. If the value of step S722 is "yes", the method proceeds to step S730.

段階S724で、制御部142は、フォールトメッセージを出力する。フォールトメッセージは、異常検出が不可能であることを示す。フォールトメッセージは、インターフェース部150を通じてバッテリーコントローラ140と遠隔コントローラ240との間で送受信され得る。インターフェース部150は、フォールトメッセージに対応する視覚的及び/または聴覚的情報を出力し得る。 In step S724, the control unit 142 outputs a fault message. A fault message indicates that abnormality detection is not possible. Fault messages may be transmitted and received between the battery controller 140 and the remote controller 240 through the interface unit 150. The interface unit 150 may output visual and/or audio information corresponding to the fault message.

図2~図7を参照して前述した内容は、バッテリーコントローラ140がバッテリー診断デバイスとして提供されたことに仮定して説明したが、バッテリーコントローラ140の代わりに遠隔コントローラ240がバッテリー診断デバイスの機能を担当し得る。即ち、制御部142及びメモリー141の各々についての説明は、制御部242及びメモリー241に共通する。遠隔コントローラ240がバッテリー診断デバイスとして提供される場合、バッテリー管理システム100は、インターフェース部150を通じて遠隔コントローラ240の通信回路243へ複数の観測電圧ベクトルX~Xを示すデータを伝送し得る。 Although the above description with reference to FIGS. 2 to 7 is based on the assumption that the battery controller 140 is provided as a battery diagnostic device, the remote controller 240 instead of the battery controller 140 performs the functions of the battery diagnostic device. I can be in charge. That is, the explanations for each of the control section 142 and the memory 141 are common to the control section 242 and the memory 241. If the remote controller 240 is provided as a battery diagnostic device, the battery management system 100 may transmit data indicating the plurality of observed voltage vectors X 1 to X n to the communication circuit 243 of the remote controller 240 through the interface unit 150.

以上で説明した本発明の実施例は、必ずしも装置及び方法を通じて具現されることではなく、本発明の実施例の構成に対応する機能を実現するプログラムまたはそのプログラムが記録された記録媒体を通じて具現され得、このような具現は、本発明が属する技術分野における専門家であれば、前述した実施例の記載から容易に具現できるはずである。 The embodiments of the present invention described above are not necessarily implemented through apparatuses and methods, but may be implemented through programs that implement functions corresponding to the configurations of the embodiments of the present invention or recording media on which the programs are recorded. In addition, such an embodiment should be easily realized by a person who is an expert in the technical field to which the present invention pertains from the description of the above-mentioned embodiments.

以上、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。 Although the present invention has been described above with reference to limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto. It goes without saying that various modifications and variations are possible within the equivalent range.

また、上述の本発明は、本発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想から脱しない範囲内で多様な置換、変形及び変更が可能であるため、上述の実施例及び添付された図面によって限定されず、多様な変形が行われるように各実施例の全部または一部を選択的に組み合わせて構成可能である。 Further, the present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes by persons having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains without departing from the technical idea of the present invention. The embodiments are not limited by the accompanying drawings, and all or part of each embodiment can be selectively combined to make various modifications.

1 バッテリーシステム
10 バッテリーパック
11 セルグループ
20 スイッチ
30 電力変換システム(power conversion system)
40 電気系統
100 バッテリー管理システム
110 電圧測定回路
120 電流センサー
130 温度センサー
140 バッテリーコントローラ
141 メモリー
142 制御部
150 インターフェース部
200 ムービングウィンドウ
210 カーブ
240 遠隔コントローラ
241 メモリー
242 制御部
243 通信回路
1 Battery system 10 Battery pack 11 Cell group 20 Switch 30 Power conversion system
40 Electrical system 100 Battery management system 110 Voltage measurement circuit 120 Current sensor 130 Temperature sensor 140 Battery controller 141 Memory 142 Control section 150 Interface section 200 Moving window 210 Curve 240 Remote controller 241 Memory 242 Control section 243 Communication circuit

Claims (13)

複数のバッテリーセル各々のセル電圧の時系列を示す複数の観測電圧ベクトルを含む観測行列を保存するメモリーと、
前記観測行列から、複数の主成分ベクトル、複数の特異値及び複数の係数ベクトルを決定する制御部と、を含み、
各係数ベクトルが、前記複数の観測電圧ベクトルに一対一に対応する複数の係数を含み、
前記制御部が、各係数ベクトルに対して、
当該係数ベクトルに含まれた複数の係数を比較して、前記複数の係数のうち非有効係数を決定し、
前記複数の主成分ベクトルのうち当該係数ベクトルに対応する主成分ベクトル、前記複数の特異値のうち当該係数ベクトルに対応する特異値及び前記非有効係数に基づき、前記複数のバッテリーセルのうち前記非有効係数に対応するバッテリーセルの異常を検出する、バッテリー診断デバイス。
a memory that stores an observation matrix including a plurality of observation voltage vectors indicating a time series of cell voltages of each of the plurality of battery cells;
a control unit that determines a plurality of principal component vectors, a plurality of singular values, and a plurality of coefficient vectors from the observation matrix,
Each coefficient vector includes a plurality of coefficients corresponding one-to-one to the plurality of observed voltage vectors,
The control unit, for each coefficient vector,
comparing a plurality of coefficients included in the coefficient vector to determine an ineffective coefficient among the plurality of coefficients;
Based on the principal component vector corresponding to the coefficient vector among the plurality of principal component vectors, the singular value corresponding to the coefficient vector among the plurality of singular values, and the non-effective coefficient, the non-effective coefficient among the plurality of battery cells is A battery diagnostic device that detects abnormalities in battery cells corresponding to effectiveness coefficients.
前記制御部は、
前記観測行列に行列分解アルゴリズムを適用し、第1サブ行列、第2サブ行列及び第3サブ行列を決定し、
前記第1サブ行列が、前記複数の主成分ベクトルを列ベクトルとして含み、
前記第2サブ行列が、前記複数の特異値を主対角成分として含み、
前記第3サブ行列が、前記複数の係数ベクトルを行ベクトルとして含む、請求項1に記載のバッテリー診断デバイス。
The control unit includes:
applying a matrix decomposition algorithm to the observation matrix to determine a first sub-matrix, a second sub-matrix and a third sub-matrix;
the first sub-matrix includes the plurality of principal component vectors as column vectors,
the second sub-matrix includes the plurality of singular values as main diagonal components,
The battery diagnostic device of claim 1, wherein the third sub-matrix includes the plurality of coefficient vectors as row vectors.
前記制御部は、
前記複数の係数のうち、前記複数の係数の平均との差の絶対値が第1基準値よりも大きい係数を前記非有効係数に決定する、請求項1又は2に記載のバッテリー診断デバイス。
The control unit includes:
The battery diagnostic device according to claim 1 or 2, wherein, among the plurality of coefficients, a coefficient whose absolute value of a difference from an average of the plurality of coefficients is larger than a first reference value is determined as the ineffective coefficient.
前記制御部は、
前記複数の係数の標準偏差に第1スケーリングファクターを掛けた値と同一に前記第1基準値を決定する、請求項3に記載のバッテリー診断デバイス。
The control unit includes:
The battery diagnostic device according to claim 3, wherein the first reference value is determined to be equal to the standard deviation of the plurality of coefficients multiplied by a first scaling factor.
前記制御部は、各係数ベクトルに対して、
前記複数の主成分ベクトルのうち当該係数ベクトルに対応する主成分ベクトル、前記複数の特異値のうち当該係数ベクトルに対応する特異値及び前記非有効係数を掛け、前記複数の観測電圧ベクトルのうち前記非有効係数に対応する観測電圧ベクトルの部分電圧ベクトルを抽出し、
前記部分電圧ベクトルの電圧特性値が第2基準値よりも大きい場合、前記複数のバッテリーセルのうち前記非有効係数に対応するバッテリーセルを異常として検出する、請求項1~4のいずれか一項に記載のバッテリー診断デバイス。
The control unit, for each coefficient vector,
Multiplying the principal component vector corresponding to the coefficient vector among the plurality of principal component vectors, the singular value corresponding to the coefficient vector among the plurality of singular values, and the ineffective coefficient, Extract the partial voltage vector of the observed voltage vector corresponding to the ineffective coefficient,
5. If the voltage characteristic value of the partial voltage vector is larger than a second reference value, a battery cell corresponding to the ineffective coefficient among the plurality of battery cells is detected as abnormal. Battery diagnostic device as described in.
前記制御部は、
前記部分電圧ベクトルに含まれた複数の部分電圧のうち最大部分電圧と最小部分電圧との差と同一に前記電圧特性値を決定する、請求項5に記載のバッテリー診断デバイス。
The control unit includes:
The battery diagnostic device according to claim 5, wherein the voltage characteristic value is determined to be the same as a difference between a maximum partial voltage and a minimum partial voltage among a plurality of partial voltages included in the partial voltage vector.
前記制御部は、
電圧測定回路の電圧分解能に第2スケーリングファクターを掛けた値と同一に前記第2基準値を決定する、請求項5又は6に記載のバッテリー診断デバイス。
The control unit includes:
The battery diagnostic device according to claim 5 or 6, wherein the second reference value is determined to be equal to the voltage resolution of the voltage measurement circuit multiplied by a second scaling factor.
前記制御部は、
前記複数の特異値のうち最小特異値に対する最大特異値の割合が設定値未満である場合、フォールトメッセージを出力する、請求項1~7のいずれか一項に記載のバッテリー診断デバイス。
The control unit includes:
8. The battery diagnostic device according to claim 1, wherein a fault message is output when a ratio of a maximum singular value to a minimum singular value among the plurality of singular values is less than a set value.
請求項1~8のいずれか一項に記載の前記バッテリー診断デバイスを含む、バッテリーパック。 A battery pack comprising the battery diagnostic device according to any one of claims 1 to 8. 請求項9に記載の前記バッテリーパックを含む、バッテリーシステム。 A battery system comprising the battery pack according to claim 9. バッテリー診断方法であって、
複数のバッテリーセルの各々のセル電圧の時系列を示す複数の観測電圧ベクトルを含む観測行列から、複数の主成分ベクトル、複数の特異値及び複数の係数ベクトルを決定する段階を含み、
各係数ベクトルが、前記複数の観測電圧ベクトルに一対一に対応する複数の係数を含み、
前記バッテリー診断方法は、各係数ベクトルに対し、
当該係数ベクトルに含まれた複数の係数を比較して、前記複数の係数のうち非有効係数を決定する段階と、
前記複数の主成分ベクトルのうち当該係数ベクトルに対応する主成分ベクトル、前記複数の特異値のうち当該係数ベクトルに対応する特異値及び前記非有効係数に基づき、前記複数のバッテリーセルのうち前記非有効係数に対応するバッテリーセルの異常を検出する段階と、
をさらに含む、バッテリー診断方法。
A battery diagnostic method, the method comprising:
determining a plurality of principal component vectors, a plurality of singular values, and a plurality of coefficient vectors from an observation matrix including a plurality of observed voltage vectors indicating a time series of cell voltages of each of the plurality of battery cells;
Each coefficient vector includes a plurality of coefficients corresponding one-to-one to the plurality of observed voltage vectors,
In the battery diagnosis method, for each coefficient vector,
comparing a plurality of coefficients included in the coefficient vector to determine an ineffective coefficient among the plurality of coefficients;
Based on the principal component vector corresponding to the coefficient vector among the plurality of principal component vectors, the singular value corresponding to the coefficient vector among the plurality of singular values, and the non-effective coefficient, the non-effective coefficient among the plurality of battery cells is detecting an abnormality in the battery cell corresponding to the effectiveness factor;
Further including battery diagnostic methods.
前記複数の係数のうち非有効係数を決定する段階は、
前記複数の係数のうち、前記複数の係数の平均との差の絶対値が第1基準値よりも大きい係数を前記非有効係数に決定する段階である、請求項11に記載のバッテリー診断方法。
The step of determining an ineffective coefficient among the plurality of coefficients includes:
12. The battery diagnosis method according to claim 11, further comprising determining, as the ineffective coefficient, a coefficient whose absolute value of difference from an average of the plurality of coefficients is larger than a first reference value, among the plurality of coefficients.
前記複数のバッテリーセルのうち前記非有効係数に対応するバッテリーセルの異常を検出する段階は、
前記複数の主成分ベクトルのうち当該係数ベクトルに対応する主成分ベクトル、前記複数の特異値のうち当該係数ベクトルに対応する特異値及び前記非有効係数を掛け、前記複数の観測電圧ベクトルのうち前記非有効係数に対応する観測電圧ベクトルの部分電圧ベクトルを抽出する段階と、
前記部分電圧ベクトルの電圧特性値が第2基準値よりも大きい場合、前記複数のバッテリーセルのうち前記非有効係数に対応するバッテリーセルを異常として検出する段階と、を含む、請求項11又は12に記載のバッテリー診断方法。
Detecting an abnormality in a battery cell corresponding to the ineffectiveness coefficient among the plurality of battery cells,
Multiplying the principal component vector corresponding to the coefficient vector among the plurality of principal component vectors, the singular value corresponding to the coefficient vector among the plurality of singular values, and the ineffective coefficient, extracting a partial voltage vector of the observed voltage vector corresponding to the ineffective coefficient;
12. The method further comprises the step of detecting a battery cell corresponding to the ineffective coefficient among the plurality of battery cells as abnormal when the voltage characteristic value of the partial voltage vector is larger than a second reference value. Battery diagnostic method described in.
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